压电陶瓷材料与应用复习.docx
13、与二元系统相比，三元系压电陶瓷的性能有什么优点？三元系的进步，其优势在于：相对于二元系的类质异晶相界是点，而三元系的类 质异晶相界是线。因此该压电陶瓷不仅容易获得介电常数，机电耦合系数，机械 品质因数等这些应用上所必须的适当特性的组合，而且获得了超过原来性能值的 特性。14、复合钙钛矿型结构的形成条件是什么？分别写出胪与B5+、B2+与B5+、B3+与B5+、B2+与B6+、B3+与B6+复合成钙钛矿型的化学式。常用的第三组元有哪些？考虑到复合钙钛矿型的情况，假设以rAi和rBj分别表示各A离子和各B离子 的离子半径，那么他们的半径分别为：k=ErAiXAii=l1% = Z%jXBjjT于是含有这些离子的化合物具有钙钛矿型结构的必要条件为：fA+r0V2(rB+r0)0.9 <t <1.115、试在xPb（Mgi/3Nb2/3）O3yPbTiO3zPbZrO3相图中找出组成为:A： x=375%（克分子），y=38.5%（克分子），z=24.0%（克分子）B： x=12.5%（克分子）,y=42.5%（克分子）,z=45.0%（克分子）两组分别所在的位置，并指出它们的Kp, w, Qm等性质。Pb (Mgi/3Nb2/3)03（b）实际使用较多的组成范围图4.3T 铝镁酸铅-倍酸铅-钛酸铅三元系（PC-假立方相，T-四方相，R-三角相）组成（克分子）图 4. 3一6 xPb （Coi/3Nb2/3）。3-yPbZr（）3-zPbTiO3系相界线附近的压电特性16、用结构参数6对性能的影响来解释PZT剩余极化强度最大值在Zr/Ti比为 56/44 处。对于PZT,我们知道，在四方相区，随Zr/Ti比的增加c/a比下降（参阅图4.1 4）,这将导致随Zr/Ti比增加,剩余极化强度Pr增大（参阅图4.1-12）。图4.1T2剩余极化与组成的关系Zr/Ti增至相界组成时Pr已较大，随着Zr/Ti比继续增加进入菱形相区，表现为 随之下降，而Pr继续增大。当Zr/Ti比为56/44时Pr到达最大值。进一步增加 Zr/Ti比时，由于Ps已太小因而Pr开始下降。图4. 1-4室温下PbZrO3-PbTiO3系的晶格畸变17、用畴结构和性能的关系来说明介电系数随Zr/Ti的变化及极化前后介电常数 比拟的情况。Zr/Ti小于51/49时,极化后的介电系数£ 33T/ £ 0升高；Zr/Ti大于51/49时，极化后的介电系数£ 33T/£ 0反而降低，即板化后的介 电系数£ 33T/ £ 0随着Zr/Ti的增加趋势下降。Zr/Ti = 51/49,极化前后相等，而四方过渡到菱形相时，极化后的£ 33T/£ 0 下降幅度较大。18、时间稳定性压电陶瓷经极化处理后，各项电物理性能随时间增长而变化的特性称为时间 稳定性。19、为什么会产生老化现象呢？极化后的陶瓷材料在能量上是处于极不稳定的状态。由于90°畴的转向造成 的剩余应力有使材料中沿电场取向的90。畴恢复到原来位置的趋势。换句话说, 90。畴的数目随着时间的延长将逐渐增多，这就使得陶瓷材料的性质逐渐发生变 化。这是老化过程的一个方面。另一方面，在极化过程中所有180。畴都沿电场方向进行了反向，180。畴壁消 失。当电场存在时这在能量上是稳定的。但是去掉电场后，这种状态便成为不稳 定的了。这种过大的自发极化平行取向的区域有分裂成为更小的畴的趋势，沿电 场取向的180°畴有恢复到反平行排列的趋势，出现了 180°畴壁。在老化过程中存在着两个影响因素：一是由90°畴的数目所决定的异向性，90。畴的数目越多，e 33T/£ 0应该越 大；另一个因素是由于180。畴壁的重新出现所带来的畴夹持效应，180。畴壁的 数目越多，夹持效应越大，£33T/£0就越小。实际上在老化过程中介电系数一般都表现为£ 33T/ £ 0下降（特别是对四方铁 电相的配方），这说明180。畴壁的重新出现在老化过程中是起主导作用的。20、对于fr（或者说对于）在老化过程中同样存在着两种相反的影响因素：90°畴的 恢复使得fr下降，180°畴壁的出现使得fr上升。从老化过程中一般总是观察到fr上升这一事实来推测，180。畴壁的恢复对的影 响一般情况下也是超过90。畴的作用的。21、空间电荷极化的方向恰与自发极化的方向相反，其作用是屏蔽剩余极化，所 以在老化过程中由于空间电荷极化作用，使总极化降低。由于空间电荷场的存在，使得畴的转向变得困难。从老化的角度去看，这将 使老化速度变慢，也就是改善了老化性能。在图5.1-2中给出了铁电陶瓷老化的 空间电荷模型。22、压电陶瓷的各项电物理性能除了随时间发生变化外，还随温度的变化而变化。 压电陶瓷的性能随温度变化的特性称为温度稳定性。为了描述fr随温度的相对变化，我们引入频率温度系数TKfr的概念。TKfr 二一匚frdT即每：温度变化所引起的频率相对变化量。决定频率温度系数的因素中更重要的是弹性柔顺系数随温度的变化。热膨胀系数 在这里是处于次要地位的。23、氧八面体之间形成三种类型的空隙：如图中的四边形AL五边形A2和三边(100)形 A3 图7.1-1筲青铜型结构24、含钿层状结构的化合物，就是以下式表示的化合物：（Bi2O2）2+（Am- lBmO3m+l）2-,A为大离子，可以是Bi、Pb、Ba、Sr、Ca> Na、K、稀土元素等，B 为小离子，可以是 Ti、Nb、Ta、W、Co、Mo、Fe> Cr 等，m = 1,234,5。这类化合物的结构特点是：钙钛矿型结构层(Am；BmO3m+l)2-被(Bi2O2)2+层所 分开25、例层状结构陶瓷较PbTiO3陶瓷有以下特点：介电系数较小，居里点较高， 故是适用于高频高温的材料。(2)厚度振动的机电耦合系数Kt较小，故可用于高 频窄带滤波器。(3)弹性性能较软，泊松比拟大。
